دراسة حول ملاط ​​الجبس خفيف الوزن لإزالة الكبريت

الجبس المُزال منه الكبريت هو منتج ثانوي صناعي يُستخلص من خلال إزالة الكبريت وتنقية غازات المداخن الناتجة عن احتراق الوقود المحتوي على الكبريت باستخدام مسحوق الجير الناعم أو مسحوق الحجر الجيري. تركيبه الكيميائي مماثل لتركيب الجبس ثنائي الهيدرات الطبيعي، ويتكون أساسًا من كبريتات الكالسيوم ثنائية الهيدرات (CaSO4·2H2O). في الوقت الراهن، لا تزال محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم هي المصدر الرئيسي للطاقة في بلادي، حيث يُمثل ثاني أكسيد الكبريت المنبعث من الفحم في عملية توليد الطاقة الحرارية أكثر من 50% من إجمالي الانبعاثات السنوية في البلاد. وقد تسبب هذا الكم الهائل من انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت في تلوث بيئي خطير. لذا، يُعد استخدام تقنية إزالة الكبريت من غازات المداخن لإنتاج الجبس المُزال منه الكبريت إجراءً هامًا لتطوير التقنيات في الصناعات المرتبطة بمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم. بحسب إحصاءات غير مكتملة، تجاوزت انبعاثات الجبس الرطب منزوع الكبريت في بلدي 90 مليون طن/سنة، وتعتمد طريقة معالجة الجبس منزوع الكبريت بشكل أساسي على التكديس، الأمر الذي لا يستهلك الأراضي فحسب، بل يتسبب أيضًا في هدر هائل للموارد.

يتميز الجبس بخفة وزنه، وقدرته على تقليل الضوضاء، ومقاومته للحريق، وعزله الحراري، وغيرها من الخصائص. ويُستخدم في صناعة الإسمنت، وإنتاج الجبس المستخدم في البناء، وهندسة الديكور، وغيرها من المجالات. وقد أجرى العديد من الباحثين دراساتٍ حول الجبس المستخدم في أعمال التجصيص. وأظهرت هذه الدراسات أن الجبس المستخدم في أعمال التجصيص يتميز بتمدده الدقيق، وسهولة تشكيله، ومرونته، مما يجعله بديلاً مناسباً لمواد التجصيص التقليدية في تزيين الجدران الداخلية. كما أظهرت دراساتٌ أجراها شو جيانجون وآخرون إمكانية استخدام الجبس منزوع الكبريت في صناعة مواد جدران خفيفة الوزن. وأظهرت دراساتٌ أخرى أجراها يي بيهونغ وآخرون إمكانية استخدام الجبس المُنتج من الجبس منزوع الكبريت في طبقة التجصيص الداخلية للجدران الخارجية، وجدران التقسيم الداخلية، والأسقف، مما يُسهم في حل مشكلات الجودة الشائعة في ملاط ​​التجصيص التقليدي، مثل التقشر والتشقق. ويُعد الجبس الخفيف المستخدم في أعمال التجصيص نوعاً جديداً من مواد التجصيص الصديقة للبيئة، حيث يُصنع من الجبس نصف المائي كمادة إسمنتية أساسية، مع إضافة ركام خفيف الوزن ومواد مضافة. بالمقارنة مع مواد التجصيص الإسمنتية التقليدية، يتميز هذا المنتج بمقاومته للتشقق، وقوة تماسكه، وانكماشه الجيد، فضلاً عن كونه صديقًا للبيئة. إن استخدام الجبس منزوع الكبريت لإنتاج جبس نصف مائي لا يحل مشكلة نقص موارد الجبس الطبيعية المستخدمة في البناء فحسب، بل يحقق أيضًا الاستخدام الأمثل لموارد الجبس منزوع الكبريت، ويسهم في حماية البيئة. لذلك، واستنادًا إلى دراسة الجبس منزوع الكبريت، تختبر هذه الورقة البحثية زمن التصلب، ومقاومة الانحناء، ومقاومة الضغط، لدراسة العوامل المؤثرة على أداء ملاط ​​الجبس منزوع الكبريت خفيف الوزن المستخدم في التجصيص، وتوفير أساس نظري لتطويره.

تجربة واحدة

1.1 المواد الخام

مسحوق الجبس المُزال منه الكبريت: جبس نصف مائي يتم إنتاجه وتكليسه بتقنية إزالة الكبريت من غازات المداخن، وتظهر خصائصه الأساسية في الجدول 1. الركام الخفيف: يتم استخدام حبيبات دقيقة زجاجية، وتظهر خصائصها الأساسية في الجدول 2. يتم خلط الحبيبات الدقيقة الزجاجية بنسب 4% و8% و12% و16% بناءً على النسبة الوزنية لمونة الجبس الخفيفة المُزال منها الكبريت.

المؤخر: استخدم سترات الصوديوم، وهو كاشف نقي للتحليل الكيميائي، ويعتمد سترات الصوديوم على نسبة الوزن لمونة الجبس لإزالة الكبريت من الجص الخفيف، ونسبة الخلط هي 0، 0.1%، 0.2%، 0.3%.

إيثر السليلوز: استخدم هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC)، اللزوجة 400، يعتمد HPMC على نسبة الوزن لمونة الجبس الخفيفة منزوعة الكبريت، ونسبة الخلط هي 0، 0.1%، 0.2%، 0.4%.

1.2 طريقة الاختبار

يتم الرجوع إلى GB/T17669.4-1999 "تحديد الخصائص الفيزيائية لجص البناء" لتحديد استهلاك الماء ووقت التصلب للجص القياسي منزوع الكبريت، ويتم الرجوع إلى GB/T 28627-2012 "تجصيص الجص" لتحديد وقت التصلب لمونة الجص الخفيف منزوع الكبريت.

تم قياس مقاومة الانحناء والضغط للجبس منزوع الكبريت وفقًا للمعيار GB/T9776-2008 "جبس البناء"، حيث تم تشكيل عينات بأبعاد 40 مم × 40 مم × 160 مم، وقُيست مقاومة الانحناء بعد ساعتين ومقاومة الجفاف. كما تم قياس مقاومة الانحناء والضغط لمونة الجبس منزوع الكبريت خفيفة الوزن المستخدمة في التجصيص وفقًا للمعيار GB/T 28627-2012 "جبس التجصيص"، وقُيست مقاومة التصلب الطبيعي لمدة يوم واحد و28 يومًا.

2. النتائج والمناقشة

2.1 تأثير محتوى مسحوق الجبس على الخواص الميكانيكية لجبس إزالة الكبريت المستخدم في أعمال التجصيص خفيفة الوزن

تبلغ النسبة الإجمالية لمسحوق الجبس ومسحوق الحجر الجيري والركام الخفيف 100%، بينما تبقى نسبة الركام الخفيف الثابت والمواد المضافة ثابتة. عند استخدام نسب مختلفة من مسحوق الجبس (60%، 70%، 80%، و90%)، تظهر نتائج إزالة الكبريت من خلال قياس مقاومة الانحناء والضغط لمونة الجبس.

تزداد كل من مقاومة الانحناء ومقاومة الضغط لمونة الجبس الخفيف المُزال منه الكبريت مع مرور الوقت، مما يدل على أن درجة ترطيب الجبس تصبح أكثر كفاءة مع مرور الوقت. ومع زيادة مسحوق الجبس المُزال منه الكبريت، أظهرت مقاومة الانحناء ومقاومة الضغط لمونة الجبس الخفيف اتجاهًا تصاعديًا عامًا، ولكن الزيادة كانت طفيفة، وكانت مقاومة الضغط عند 28 يومًا واضحة بشكل خاص. عند عمر يوم واحد، زادت مقاومة الانحناء لمسحوق الجبس المخلوط بنسبة 90% بنسبة 10.3% مقارنةً بمسحوق الجبس المخلوط بنسبة 60%، وزادت مقاومة الضغط المقابلة بنسبة 10.1%. عند عمر 28 يومًا، زادت مقاومة الانحناء لمسحوق الجبس المخلوط بنسبة 90% بنسبة 8.8% مقارنةً بمسحوق الجبس المخلوط بنسبة 60%، وزادت مقاومة الضغط المقابلة بنسبة 2.6%. باختصار، يمكن استنتاج أن كمية مسحوق الجبس لها تأثير أكبر على قوة الانحناء مقارنة بقوة الضغط.

2.2 تأثير محتوى الركام الخفيف على الخواص الميكانيكية للجبس الخفيف المعالج بالجبس منزوع الكبريت

تبلغ الكمية الإجمالية لمسحوق الجبس ومسحوق الحجر الجيري والركام الخفيف 100%، بينما تبقى كمية مسحوق الجبس الثابت والمواد المضافة ثابتة. عند استخدام كميات مختلفة من حبيبات الجبس المزججة الدقيقة (4%، 8%، 12%، و16%)، تظهر نتائج اختبارات مقاومة الانحناء والضغط لمونة الجبس منزوعة الكبريت.

في نفس العمر، انخفضت مقاومة الانحناء ومقاومة الضغط لمونة الجبس الخفيف المُزال منه الكبريت مع زيادة محتوى حبيبات الجبس المُزجّجة. ويعود ذلك إلى أن معظم هذه الحبيبات ذات بنية مجوفة من الداخل، ما يُضعف مقاومتها، وبالتالي يُقلل من مقاومة الانحناء ومقاومة الضغط لمونة الجبس الخفيفة. في اليوم الأول، انخفضت مقاومة الانحناء لمونة الجبس المُحتوية على 16% من مسحوق الجبس بنسبة 35.3% مقارنةً بمونة الجبس المُحتوية على 4%، وانخفضت مقاومة الضغط المقابلة بنسبة 16.3%. وفي اليوم الثامن والعشرين، انخفضت مقاومة الانحناء لمونة الجبس المُحتوية على 16% من مسحوق الجبس بنسبة 24.6% مقارنةً بمونة الجبس المُحتوية على 4%، بينما انخفضت مقاومة الضغط المقابلة بنسبة 6.0% فقط. باختصار، يمكن استنتاج أن تأثير محتوى الخرزات الدقيقة الزجاجية على قوة الانحناء أكبر من تأثيره على قوة الضغط.

2.3 تأثير محتوى المُؤخِّر على زمن تصلب الجبس الخفيف المُزال منه الكبريت

تبلغ الجرعة الإجمالية لمسحوق الجبس ومسحوق الحجر الجيري والركام الخفيف 100%، بينما تبقى جرعة مسحوق الجبس الثابت ومسحوق الحجر الجيري والركام الخفيف وإيثر السليلوز ثابتة. عند استخدام جرعات سترات الصوديوم 0%، 0.1%، 0.2%، 0.3%، ينتج زمن التصلب لمونة الجبس الخفيفة المُزالة الكبريت.

يزداد كل من زمن التصلب الابتدائي وزمن التصلب النهائي لمونة الجبس الخفيف المُزال منه الكبريت مع زيادة محتوى سترات الصوديوم، إلا أن الزيادة في زمن التصلب طفيفة. فعندما يكون محتوى سترات الصوديوم 0.3%، يزداد زمن التصلب الابتدائي بمقدار 28 دقيقة، ويزداد زمن التصلب النهائي بمقدار 33 دقيقة. قد يُعزى ازدياد زمن التصلب إلى المساحة السطحية الكبيرة للجبس المُزال منه الكبريت، والتي تمتص المادة المُبطئة للتصلب حول جزيئات الجبس، مما يُقلل من معدل ذوبان الجبس ويُثبط تبلوره، وبالتالي يُؤدي إلى عدم قدرة ملاط ​​الجبس على تكوين بنية هيكلية متماسكة.

2.4 تأثير محتوى إيثر السليلوز على الخواص الميكانيكية للجبس الخفيف الوزن المُزال منه الكبريت

تبلغ الجرعة الإجمالية لمسحوق الجبس ومسحوق الحجر الجيري والركام الخفيف 100%، بينما تبقى جرعة مسحوق الجبس الثابت ومسحوق الحجر الجيري والركام الخفيف والمُبطئ دون تغيير. عند استخدام جرعات هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز بنسب 0%، 0.1%، 0.2%، و0.4%، يتم قياس مقاومة الانحناء والضغط لمونة الجبس الخفيف المُزال منه الكبريت.

في اليوم الأول، ازدادت مقاومة الانحناء لمونة الجبس الخفيف المُزال منها الكبريت ثم انخفضت مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز. وفي اليوم الثامن والعشرين، أظهرت مقاومة الانحناء لمونة الجبس الخفيف المُزال منها الكبريت اتجاهًا تنازليًا ثم تصاعديًا ثم تنازليًا مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز. وعندما بلغ محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز 0.2%، وصلت مقاومة الانحناء إلى أقصى قيمة لها، متجاوزةً المقاومة المقابلة لها عندما كان محتوى السليلوز صفرًا. وبغض النظر عن العمر (يوم واحد أو 28 يومًا)، انخفضت مقاومة الضغط لمونة الجبس الخفيف المُزال منها الكبريت مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز، وكان اتجاه الانخفاض أكثر وضوحًا في اليوم الثامن والعشرين. ويرجع ذلك إلى أن إيثر السليلوز له تأثير الاحتفاظ بالماء وزيادة السماكة، وسيزداد الطلب على الماء للحصول على قوام قياسي مع زيادة محتوى إيثر السليلوز، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الماء إلى الأسمنت في بنية الملاط، وبالتالي تقليل قوة عينة الجبس.

3. الخاتمة

(1) تزداد درجة ترطيب الجبس منزوع الكبريت مع مرور الوقت. ومع زيادة محتوى مسحوق الجبس منزوع الكبريت، أظهرت مقاومة الانحناء والضغط للجبس الخفيف المستخدم في أعمال التجصيص اتجاهًا تصاعديًا عامًا، إلا أن الزيادة كانت طفيفة.

(2) مع زيادة محتوى الحبيبات الدقيقة الزجاجية، تنخفض قوة الانحناء وقوة الضغط لمونة الجبس منزوعة الكبريت خفيفة الوزن تبعًا لذلك، ولكن تأثير محتوى الحبيبات الدقيقة الزجاجية على قوة الانحناء أكبر من تأثيرها على قوة الضغط.

(3) مع زيادة محتوى سترات الصوديوم، يطول وقت التصلب الأولي ووقت التصلب النهائي لمونة الجبس الخفيفة منزوعة الكبريت، ولكن عندما يكون محتوى سترات الصوديوم صغيرًا، فإن التأثير على وقت التصلب ليس واضحًا.

(4) مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، تنخفض قوة الضغط لمونة الجبس الخفيفة المنزوعة الكبريت، لكن قوة الانحناء تظهر اتجاهًا للزيادة أولاً ثم الانخفاض عند 1d، وعند 28d تظهر اتجاهًا للانخفاض أولاً، ثم الزيادة ثم الانخفاض.